基于Web的大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

摘 要： 由于傳統(tǒng)的大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)無(wú)法有效掌控復(fù)雜多變的大型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)預(yù)覽效果差。因此，提出基于Web的大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)，該系統(tǒng)由大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊、大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊、統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊和計(jì)算機(jī)組成。大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊由瀏覽器、服務(wù)器和大型數(shù)據(jù)庫(kù)組成，用戶(hù)選擇所需查詢(xún)數(shù)據(jù)的標(biāo)題后，瀏覽器會(huì)將該標(biāo)題的指令傳輸給服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)指令進(jìn)行大型數(shù)據(jù)的壓縮處理，并反饋到瀏覽器中進(jìn)行顯示。大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊可將大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊中抽象的大型數(shù)據(jù)變換為直觀圖像進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的圖像會(huì)被轉(zhuǎn)換成大型數(shù)據(jù)格式并傳輸給統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊，統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊將整個(gè)系統(tǒng)的大型數(shù)據(jù)匯總成各類(lèi)報(bào)表并顯示在計(jì)算機(jī)上。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分給出了大型數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)分布的調(diào)節(jié)算法和流程，以保證Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的正常運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞： Web； 數(shù)據(jù)預(yù)覽； 數(shù)據(jù)顯示； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34； TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）18?0017?04

Abstract： Because the traditional large data preview system cannot effectively control complicated large data， and its data preview effect is poor， a large data preview system based on Web is put forward. The system consists of large data preview module， large data monitoring module， statistics report module and computer. The large data preview module is composed of browser， server and large database. While a user selects the title of query data required， the browser will transmit a query command of the title to the server， the server compresses the large data according to the instruction， and then feedback to the browser for display. The large data monitoring module converts the abstract large data in large data preview module into visual image for adjustment. The adjusted image is converted into large data format and transmitted into statistics report module. The statistics report module makes the large data summarization of the whole system into all kinds of report forms and displays them on the computer. As for the system software design， the distribution adjustment algorithm and process of the large data nodes are given to ensure the normal operation of large data preview system based on Web. The experimental result shows that the system has high stability and accuracy.

Keywords： Web； data preview； data display； system design

0 引 言

大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)可以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性，使用戶(hù)能夠準(zhǔn)確獲取到所需信息。隨著數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，用戶(hù)對(duì)大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)功能的需求與日俱增[1?4]。由于大型數(shù)據(jù)具有復(fù)雜多變性，傳統(tǒng)的大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效掌控，用戶(hù)滿(mǎn)意度較低[5?6]。因此，構(gòu)建出穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性較高的大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)，已成為目前國(guó)際數(shù)字技術(shù)協(xié)會(huì)的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。

以往研究的大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)均存在一定缺陷，如文獻(xiàn)[7]提出CBL大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)，該系統(tǒng)以生物實(shí)驗(yàn)室大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在大型數(shù)據(jù)庫(kù)中合并了其他學(xué)科的大型數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖高，但大型數(shù)據(jù)庫(kù)的針對(duì)性卻不強(qiáng)，準(zhǔn)確率較低。文獻(xiàn)[8]提出仿真大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)，利用仿真技術(shù)模擬用戶(hù)需求，以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)所需大型數(shù)據(jù)的預(yù)覽，但其模擬出的仿真大型數(shù)據(jù)占用內(nèi)存率較高，影響了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[9]提出AMT大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為用戶(hù)提供多種服務(wù)，極具創(chuàng)造性，用戶(hù)可根據(jù)自身特點(diǎn)自主定制所需功能。但由于系統(tǒng)開(kāi)放性太大，用戶(hù)隱私無(wú)法得到保證，因此用戶(hù)滿(mǎn)意度并不高。文獻(xiàn)[10]提出了集成大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠不斷整合網(wǎng)絡(luò)共享資源并完美匹配用戶(hù)需求，但其開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)較大，不利于大規(guī)模推廣。為了解決以上問(wèn)題，提出了基于Web的大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)用戶(hù)對(duì)所需大型數(shù)據(jù)的自主查詢(xún)，并通過(guò)算法軟件完善系統(tǒng)大型數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有較高穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

1 基于Web的大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)由大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊、大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊、統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊和計(jì)算機(jī)組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)用戶(hù)對(duì)所需大型數(shù)據(jù)的自主查詢(xún)，并加入了各種調(diào)節(jié)組件，使得系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的問(wèn)題能夠在第一時(shí)間得到改進(jìn)。由于Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)所需處理的大型數(shù)據(jù)量較為繁重，故需要Web控制人員在后臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，令整個(gè)系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

1.2 大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊

大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊可使用戶(hù)熟悉Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的整體功能，并能夠?qū)λ璐笮蛿?shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確查詢(xún)。大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊由瀏覽器、服務(wù)器和大型數(shù)據(jù)庫(kù)組成，如圖2所示。

圖2是大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊工作原理圖，其工作流程為：瀏覽器作為Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的最初工作端，是整個(gè)大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊的核心，其可以實(shí)現(xiàn)大型數(shù)據(jù)的形態(tài)變換、解析、鏡面化以及預(yù)覽，兼容性較高，為用戶(hù)與Web控制人員提供了極大的便利。用戶(hù)輸入所需查詢(xún)的數(shù)據(jù)后，瀏覽器會(huì)給出該數(shù)據(jù)的初始標(biāo)題，當(dāng)用戶(hù)選定某一標(biāo)題，被選定的標(biāo)題會(huì)變換顏色，以防止用戶(hù)進(jìn)行不必要的重復(fù)操作。由于瀏覽器對(duì)大型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量有限，無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)需求，故用戶(hù)所選擇的標(biāo)題數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)由瀏覽器生成指令并傳輸于服務(wù)器進(jìn)行處理。

服務(wù)器首先將瀏覽器下達(dá)的指令轉(zhuǎn)化為大型數(shù)據(jù)，由于大型數(shù)據(jù)所占內(nèi)存量較大，故服務(wù)器為大型數(shù)據(jù)提供了壓縮功能。當(dāng)瀏覽器單次傳輸指令達(dá)到特定數(shù)值時(shí)，服務(wù)器將對(duì)大型數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，存儲(chǔ)于大型數(shù)據(jù)庫(kù)的特定區(qū)域，并從大型數(shù)據(jù)庫(kù)端獲取訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限提供給服務(wù)器隨時(shí)調(diào)用大型數(shù)據(jù)的功能。同時(shí)，服務(wù)器也會(huì)將查詢(xún)到大型數(shù)據(jù)存入大型數(shù)據(jù)庫(kù)，其存儲(chǔ)位置與壓縮大型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置并不相同，進(jìn)而防止數(shù)據(jù)量過(guò)多而產(chǎn)生亂碼。由于用戶(hù)沒(méi)有權(quán)限查看服務(wù)器中的大型數(shù)據(jù)，故需將處理后的大型數(shù)據(jù)反饋至瀏覽器，該反饋方法稱(chēng)為大型數(shù)據(jù)鏡面化。大型數(shù)據(jù)鏡面化的內(nèi)存占用率非常小，不會(huì)影響瀏覽器的穩(wěn)定性。

大型數(shù)據(jù)庫(kù)也為服務(wù)器提供了瀏覽頁(yè)面的個(gè)性化縮放和移動(dòng)變換操作功能，這些功能都將通過(guò)大型數(shù)據(jù)鏡面化的形式反饋至瀏覽器，以供用戶(hù)查看。由于大型數(shù)據(jù)庫(kù)中的大型數(shù)據(jù)過(guò)于繁雜，不利于Web控制人員對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)管，故在將大型數(shù)據(jù)反饋到服務(wù)器之前，需事先將其交由大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊進(jìn)行處理。

1.3 大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊

大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊是整個(gè)Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的管理層，其工作內(nèi)容直接受用戶(hù)委托，即用戶(hù)需要系統(tǒng)提供的功能均可在此模塊設(shè)定并實(shí)現(xiàn)。大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊能夠?qū)崟r(shí)調(diào)用大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊中的大型數(shù)據(jù)，并為大型數(shù)據(jù)提供合理規(guī)劃，以提高整個(gè)Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的工作效率，圖3是大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊工作原理圖。

由圖3可知，大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊的工作原理為：首先對(duì)大型數(shù)據(jù)傳輸來(lái)的大型數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)篩選，其篩選類(lèi)別包括教育類(lèi)、體育類(lèi)、娛樂(lè)類(lèi)等，隨后進(jìn)行大型數(shù)據(jù)的圖像轉(zhuǎn)換操作。圖像能夠更為直觀的將Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)中的大型數(shù)據(jù)缺陷呈現(xiàn)出來(lái)。圖像轉(zhuǎn)換操作開(kāi)始后，不同類(lèi)別的大型數(shù)據(jù)將進(jìn)入不同的轉(zhuǎn)換頁(yè)面，在轉(zhuǎn)換頁(yè)面中，大型數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)自身的存儲(chǔ)大小自動(dòng)到達(dá)指定坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由于圖像轉(zhuǎn)換的工作量較大，因此大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊會(huì)提前設(shè)定好圖像轉(zhuǎn)換工作故障狀態(tài)下的故障調(diào)節(jié)指令，當(dāng)調(diào)節(jié)指令無(wú)法將系統(tǒng)恢復(fù)成正常狀態(tài)時(shí)，大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊會(huì)將故障信息發(fā)送給Web控制人員以進(jìn)行故障排除，進(jìn)而確保圖像轉(zhuǎn)換工作的平穩(wěn)進(jìn)行。

圖像缺陷被調(diào)節(jié)到理想狀態(tài)后，大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊會(huì)將理想狀態(tài)下的圖像轉(zhuǎn)換成大型數(shù)據(jù)的原始格式，并回傳于大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)大型數(shù)據(jù)的監(jiān)管。同時(shí)，大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊會(huì)將監(jiān)管后的大型數(shù)據(jù)備份并傳輸?shù)浇y(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊，以進(jìn)行大型數(shù)據(jù)的再分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊

統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊是Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的后期數(shù)據(jù)處理模塊，整個(gè)系統(tǒng)的大型數(shù)據(jù)均在該模塊中進(jìn)行匯總，并以報(bào)表的形式顯示在計(jì)算機(jī)上。該模塊由用戶(hù)大型數(shù)據(jù)解析、進(jìn)程大型數(shù)據(jù)解析和調(diào)節(jié)大型數(shù)據(jù)解析三部分組成。其中，用戶(hù)大型數(shù)據(jù)解析主要由用戶(hù)指標(biāo)解析、用戶(hù)反饋解析和用戶(hù)等級(jí)解析等組成；進(jìn)程大型數(shù)據(jù)解析主要由變異系數(shù)增減解析、變異系數(shù)年度解析、進(jìn)程調(diào)節(jié)方式解析和進(jìn)程調(diào)節(jié)綜合解析等組成；調(diào)節(jié)大型數(shù)據(jù)解析主要由調(diào)節(jié)指標(biāo)解析、調(diào)節(jié)案例解析和調(diào)節(jié)等級(jí)解析等組成，如圖4所示。

Web控制人員在統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊中能夠獲取到各種類(lèi)型的信息，包括編碼和大型數(shù)據(jù)的名稱(chēng)、分類(lèi)、時(shí)間以及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等，并可以通過(guò)建立函數(shù)表達(dá)式的方法對(duì)該模塊中未提供的報(bào)表進(jìn)行二次生成。統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊擁有記憶功能，Web控制人員的歷史查詢(xún)信息均會(huì)在歷史報(bào)表中匯總。統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊中的大型數(shù)據(jù)也可以輸出成Excel，PDF等文件，方便Web控制人員不斷改善Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的性能。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

合理安排大型數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)分布是實(shí)現(xiàn)Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽的關(guān)鍵。若大型數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)間的分布距離不合理，Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)便會(huì)對(duì)用戶(hù)大型數(shù)據(jù)過(guò)于依賴(lài)，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行故障的自動(dòng)調(diào)節(jié)。利用C++軟件對(duì)大型數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)分布層次進(jìn)行了定義，圖5是大型數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)分布調(diào)節(jié)流程圖。

圖5給出的調(diào)節(jié)流程是基于二維空間的節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)。從初始大型數(shù)據(jù)開(kāi)始，向水平和垂直兩個(gè)方向分別進(jìn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)，并通過(guò)計(jì)算確定大型數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)中心。以節(jié)點(diǎn)中心為原點(diǎn)進(jìn)行二維空間預(yù)覽，構(gòu)建母、子節(jié)點(diǎn)，確定母、子節(jié)點(diǎn)的各自中心點(diǎn)，大型數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)將圍繞母、子節(jié)點(diǎn)的中心點(diǎn)進(jìn)行排列，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大型數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的平均分布。軟件給出的節(jié)點(diǎn)分布算法如下：

3 實(shí)驗(yàn)分析

為驗(yàn)證基于Web的大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了粒子群模型（粒子數(shù)量即為用戶(hù)預(yù)覽過(guò)的大型數(shù)據(jù)群，一個(gè)粒子表示1 000個(gè)數(shù)據(jù)）。

實(shí)驗(yàn)在不存在干擾因素情況下，對(duì)本文系統(tǒng)與仿真大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比粒子分布規(guī)律與粒子量分析兩種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)覽效果。

圖6和圖7分別是仿真大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)粒子分布規(guī)律圖和本文系統(tǒng)粒子分布圖。圖6、圖7中黑色實(shí)心圓表示用戶(hù)節(jié)點(diǎn)，空心圓表示標(biāo)準(zhǔn)粒子，也就是用戶(hù)預(yù)覽的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。經(jīng)分析可得：仿真大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的粒子分布規(guī)律較為雜亂，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)粒子與用戶(hù)節(jié)點(diǎn)粒子距離均不相同，單片排列區(qū)域內(nèi)粒子數(shù)量最大值和最小值分別是3和0，即系統(tǒng)為每個(gè)用戶(hù)所分配的大型數(shù)據(jù)量不平均，用戶(hù)的數(shù)據(jù)預(yù)覽效果較差。而本文系統(tǒng)的粒子分布規(guī)律則較為合理，且與每個(gè)粒子與用戶(hù)節(jié)點(diǎn)粒子的距離大致相等，說(shuō)明本文系統(tǒng)為每個(gè)用戶(hù)分配的大型數(shù)據(jù)量均衡，確保用戶(hù)對(duì)大型數(shù)據(jù)進(jìn)行平穩(wěn)預(yù)覽，預(yù)覽效果較好。

為了排除上述結(jié)論的偶然性，實(shí)驗(yàn)再次引入了6個(gè)干擾粒子，圖7和圖8分別是有干擾情況下，仿真大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)粒子分布圖和本文系統(tǒng)粒子分布圖，圖8、圖9中虛線(xiàn)空心圓即為實(shí)驗(yàn)中加入的干擾粒子，也就是干擾數(shù)據(jù)。

理論上，后加入干擾粒子應(yīng)分布在標(biāo)準(zhǔn)粒子之后，也就是干擾數(shù)據(jù)應(yīng)在合理數(shù)據(jù)后，確保向用戶(hù)提供合理數(shù)據(jù)。由圖8可看出，仿真大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)在加入干擾粒子后，粒子的分布規(guī)律并不合理，干擾粒子未完全排列在標(biāo)準(zhǔn)粒子之后，導(dǎo)致用戶(hù)預(yù)覽到干擾數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)預(yù)覽準(zhǔn)確性降低。而圖9中的干擾粒子分布較為平穩(wěn)，并且都在標(biāo)準(zhǔn)粒子后面，確保用戶(hù)能夠預(yù)覽到合理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)預(yù)覽準(zhǔn)確性較高。

4 結(jié) 論

本文提出了基于Web的大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)，該系統(tǒng)由大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊、大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊、統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊和計(jì)算機(jī)組成。大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊由瀏覽器、服務(wù)器和大型數(shù)據(jù)庫(kù)組成，用戶(hù)選擇所需查詢(xún)數(shù)據(jù)的標(biāo)題后，瀏覽器會(huì)將該標(biāo)題的指令傳輸于服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)指令進(jìn)行大型數(shù)據(jù)的壓縮處理，并反饋到瀏覽器中進(jìn)行顯示。大型數(shù)據(jù)庫(kù)為瀏覽器和服務(wù)器提供大型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、調(diào)用和個(gè)性化操作功能。大型數(shù)據(jù)監(jiān)管模塊可將大型數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊中抽象的大型數(shù)據(jù)變換為直觀圖像進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的圖像會(huì)被轉(zhuǎn)換成大型數(shù)據(jù)格式并傳輸于統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊，統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊將整個(gè)系統(tǒng)的大型數(shù)據(jù)匯總成各類(lèi)報(bào)表并顯示在計(jì)算機(jī)上。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分給出了大型數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)分布的調(diào)節(jié)算法和流程，以保證Web大型數(shù)據(jù)預(yù)覽系統(tǒng)的正常運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有較高穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

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